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1、 8 附 录 A （资料性附录） 预测性维护实施案例 A.1 概述 本附录以离散制造生产线为基础,介绍了生产单元预测性维护的系统架构、功能模型、生产单元中 机器人和机床的预测性维护实例，最后还介绍了预测性维护（第二类）的实施流程步骤，从而对在整个 工厂内制定最佳的预测性维护计划，降低工厂的停机损失提供指导。 A.2 功能模型 预测性维护功能的模型如图A.1所示。 图A.1 预测性维护功能模型示意图 如上述功能模型所示， 通过设备的智能化， 将设备端自带的数据处理功能与外部传感数据相结合的 方式，可以实现高效率高精度的预测性维护。 A.3 机器人的预测性维护 A.3.1 对象 机器人的预测性维护
2、主要通过设备端自带的数据采集和获取功能，实现设备内部运转状态下的异 常监测。可开展预测性维护的机器人部件包括： 驱动系统，包括电机、皮带、齿轮等； 机械系统，包括内置减速器、轴承、滚珠丝杆、滚珠花键、减速器润滑油补给等； 控制系统。 A.3.2 寿命预测 机器人驱动系统的寿命预测实例如图A.2所示。主要通过建立动力学模型和控制模型，与实际响应 进行对比的方法开展预测，其主要技术点包括： （1）动力学模型的建立 原因：机器人的动作不限定每次相同，动作可能导致判断结果不稳定 GB/T XXXXXXXXX 9 方法：通过在机器人控制器内实时计算机器人的运行情况，构建动力学模型和控制模型，利用模型 响
3、应与实际响应的差进行比较， 可以实现不依存于动作稳定的寿命预测。 建立动力学模型还可以通过自 动补偿，消除磨损的影响及个体间误差，提高预测精度 （2）过滤器处理 原因：实施基于模型的预测方法时，在实际的动作中也会嵌入不稳定等非常规的状态（如紊乱）， 如果紊乱较大，会导致难以正常判断故障的产生。 方法：采取预设的过滤手段进行稳定化处理，包括强制排除不用于寿命预测判断的数据，或者通过 加权易产生误差的动作，提高数据稳定性。 图A.2 机器人驱动系统寿命预测实施案例 A.4 数控机床的预测性维护 A.4.1 对象 可开展预测性维护的数控机床部件包括： 主轴和丝杠，如主轴等价负载率、主轴电机绝缘劣化状
4、态、累计移动距离（用于滚珠丝杆的寿 命诊断）； 刀具，如加工精度和刀具磨损； 其他：电机绝缘劣化状态、驱动装置电池电压。 A.4.2 滚珠丝杠 滚珠丝杆的寿命可通过伺服系统中电机转矩、摩擦（齿隙等）及加速度传感器数据进行异常监测。 滚珠丝杠异常诊断系统结构示意如图A.3所示。 10 图A.3 滚珠丝杠异常诊断系统结构示例 本案例中在滚珠丝杠上安装加速度传感器， 通过控制系统收集传感器数据， 同时使用伺服放大器对 电机速度、转矩、温度、振动、摩擦等实施高速采样，实现数据共享，通过在边缘端进行数据分析，检 测滚珠丝杠的异常征兆。 A.4.3 加工精度和刀具磨损 加工精度和刀具磨损的预测性维护，目的
5、是通过事先规避因加工精度恶化而导致的生产不良品直 接流入后工序，从而发生生产线大幅停止以及成品率下降的情况。例如，规避换刀周期较短的多余换刀 （浪费），规避刀具在缺损状态下继续加工产品的风险等。 针对已有数控系统的数控机床，可在外部添加机床诊断模块，收集数控系统加工数据，将加工数据 传送至边缘端，通过边缘端的实时分析功能，生成实时模型并进行数据分析。具体的实现手段与效果如 表A.1所示。 表A.1 加工精度和刀具磨损的预测性维护功能 目的功能 实现手段 效果 加工精度的趋势预 测 根据过去的良品加工数据自动生成诊断模型 应用于当前的加工数据，计算和预测加工值 加工后诊断加工精度，实时判断加工情
6、况 防止不良批次流入后工序 提高成品率 优化换刀时期 通过捕捉轴负荷变动，预测刀具剩余寿命 根据在刀具状态的预测性维护，确定更换时期 削减刀具使用量 基于统计的预测性 维护 通过对主轴运转时达到数控机床加工转速的时间进行统计， 监视轴阻抗增加等异常征兆 事前检测主轴润滑不良及轴承异 常的征兆 A.5 生产单元的预测性维护 生产单元的预测性维护实施案例如图A.4所示。 控制系统 边缘计算机 +实时分析仪 （模型生成、数据分析） 显示屏 （趋势显示） 工业以太网/现场网络通讯协议 P L C 模 拟 S D 卡 运 动 各种传感器（振动、声音等） 机械部件（轴承、滚珠丝杆等） 加速度传感器 驱动器
7、记录器视觉传感器 GB/T XXXXXXXXX 11 图A.4 生产单元预测性维护实施案例 12 B B 附 录 B （资料性附录） 设备监测参数 通用设备监测的参数（示例）如表B.1所示。 表 B.1 设备监测参数示例表 参数 机器类型 电动机 汽轮 机 航空燃气 涡轮 工业燃 气涡轮 泵 压缩机 发电机 往复式 内燃机 风机 机器 人 阀 温度 X X X X X X X X X 压力 X X X X X X X X 压头（差） X 压力比 X X X 压力（真空度） X X 空气流量 X X X X X X 燃料流量 X X X 液体流量 X X X X 电流 X X X X 电压 X
8、X X X 电阻 X X 电相位 X X 输入功率 X X X X X X X 输出功率 X X X X X X X X 噪声 X X X X X X X X X 振动 X X X X X X X X X X 声发射 X X X X X X X X X 超声 X X X X X X X X X 油压 X X X X X X X X X X 油损耗 X X X X X X X X X X 油（摩擦学参 数） X X X X X X X X X 热成像 X X X X X X X X X 扭矩 X X X X X X X X 转速 X X X X X X X X X X X 长度 X X 角位置
9、X X X X X X 效率（导出量） X X X X X X X X 耗材消耗 X X X 光照度 X 感光度 X 时间 X X X X X X X X X X 注：X表示监测量参数可应用。 GB/T XXXXXXXXX 13 表 B.1 设备监测参数示例表（续） 参数 机器类型 喷涂 设备 焊接 设备 数控 机台 电动紧 固装置 激光 设备 冷却 设备 加热 设备 控制 设备 视觉 设备 机运 设备 检测 设备 安全 设备 除尘 设备 气 缸 温度 X X X X X X X X 压力 X X X X X X X X X X X 压头X X 压力比 X 压力（真 空度） X X X 气体流
10、量 X X X X X X X X 燃料油量 液体流量 X X X X X X X 电流 X X X X X X X X X X X X X 电压 X X X X X X X X X X X X X 电阻 X X X 电相位 X X 输入功率 X X X X X X X X X X X X X 输出功率 X X X X X X X X X X X X X 噪音 X X 振动 X X X X 声发射 X 超声 X X 油压 X X X 油损耗 X X X 油（摩擦 学参数） X X 热成像 X X X X X X X X 扭矩 X X X X X X X 转速 X X X X X X 长度 X X 角位置 X X X X 效率（导 出量） X X X X X X X X X X X X X 耗材消耗 X X X X 光照度 X X X 感光度 X X 时间 X X X X X X X X X X X X 注：X表示监测测量参数可应用。
